必修一物质跨膜运输实例

【考纲展示】1.物质出入细胞的方式(Ⅱ)2.细胞膜系统的结构和功能(Ⅱ)3.通过模拟实验探究膜的透性(实验)4.观察植物细胞的质壁分离和复原(实验)【热点考向】1.物质跨膜运输方式的判断及实验探究2.生物膜的结构、功能特点及实验验证3.举例说出物质跨膜运输的三种方式4.细胞吸水和失水的原理及实验设计与分析一、细胞的吸水和失水1.动物细胞的吸水和失水(1)外界溶液浓度＞细胞质溶液浓度→细胞(2)外界溶液浓度＜细胞质溶液浓度→细胞(3)外界溶液浓度＝细胞质溶液浓度→水分进出平衡失水皱缩吸水膨胀2.植物细胞的吸水和失水(1)原生质层：和以及两层膜之间的细胞质。(2)吸水和失水①外界溶液浓度＞细胞液浓度质壁分离②外界溶液浓度＜细胞液浓度③外界溶液浓度＝细胞液浓度细胞维持原来形态细胞膜液泡膜质壁分离复原(3)成熟植物细胞发生质壁分离的条件①细胞液浓度外界溶液浓度。②的伸缩性比的伸缩性大。小于原生质层细胞壁二、物质跨膜运输的其他实例1.无机盐的跨膜运输(1)同种植物对不同离子吸收存在。(2)不同植物对吸收存在差异。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。差异同种离子逆浓度梯度2.物质跨膜运输的特点(1)可以自由通过，一些需要的、也可以通过，其他的、小分子和则不能通过。(2)对物质的吸收具有选择性，原因在于细胞膜和其他生物膜都是。水分子离子小分子离子大分子选择透过性膜1.渗透系统的必备条件一个典型的渗透系统须具备如下两个条件：(1)半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。(2)半透膜两侧为溶液体系且溶液具有浓度差。渗透装置图示：2.渗透作用的发生(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。液柱的升高所形成的静水压，就是漏斗中溶液的渗透压，溶液越浓，渗透压越高。3.渗透系统的应用(1)比较不同溶液浓度大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则M＞N②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则M＜N(2)验证渗透作用发生的条件①具有半透膜：溶液A组B组漏斗口密封半透膜→漏斗液面上升漏斗口密封纱布→漏斗液面不上升②具有浓度差：半透膜A组B组烧杯内盛清水同浓度的蔗糖溶液→漏斗液面上升→漏斗液面不上升(1)渗透系统可用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。(2)发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态，既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等。(3)溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但10%蔗糖溶液的物质的量浓度小，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。[例1](2008·江苏高考)某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。(1)设计出继续实验的简要步骤：①；②。(2)预测实验结果并作出结论。[课堂笔记](1)蔗糖的水解产物是还原糖，与斐林试剂在加热条件下生成砖红色沉淀。(2)通过半透膜①加入斐林试剂，a管和b管都会生②水解产物由b→a扩散，导致b管水位下降，a管水位上升，即a、b两管水位差减小⇒(3)过半透膜①加入斐林试剂，a管不会出现砖红色②b管浓度增大，导致b管液面上升，即a、b两管水位差增大⇒答案：(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，水浴加热(50℃～65℃)，观察A、B试管内有无砖红色沉淀(2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜一U形管中装有两种不同的溶液R和S，并为一半透性膜(X)隔开。与S相比，R溶液浓度较低。图1中阴影的深浅即代表浓度高低。当U形管内达到平衡时，溶液表面与浓度的关系是(答题时参看图2)()A.右侧较高，两溶液浓度相等B.右侧较高，且右侧浓度较高C.左侧较高，且右侧浓度较低D.两侧高度相等，浓度相等解析：“与S相比，R溶液浓度较低”，则可导致水分子更多地由R侧经半透膜渗透进入S侧，从而造成S侧液面升高，但达到渗透平衡时，浓度原本较高的S侧，其浓度仍旧高于R侧(因溶质分子不透过半透膜)，故B选项符合题意。答案：B1.植物细胞是一个渗透系统渗透作用模型植物细胞与外界溶液形成渗透系统图解基本组成或条件半透膜浓度差半透膜—原生质层浓度差——细胞液与外界溶液之间2.植物细胞发生质壁分离的原因分析(1)原因内因：外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度具半透性透失水原生质层伸缩性大(2)表现宏观上：植物由坚挺微观上：质壁分离液泡(大小)细胞液颜色(浅深)原生质层与细胞壁分离[例2]将一植物细胞放入KNO3溶液中，一段时间后发生了质壁分离，下列说法不正确的是()A.此细胞是活细胞B.原生质层具有选择透过性C.发生质壁分离的细胞一段时间后可自动质壁分离复原D.原生质层两侧溶液存在浓度差，KNO3溶液浓度低于细胞液浓度.[课堂笔记]选据题干信息可知：一段时间后发生质壁分离，说明在该时段内KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，细胞是活的，原生质层具有选择透过性，导致植物细胞发生渗透失水，才出现质壁分离现象。后来由于植物细胞通过主动运输吸收K＋、，使细胞液浓度增大，KNO3溶液浓度下降，当细胞液浓度大于KNO3溶液浓度时，植物细胞发生渗透吸水，出现质壁分离自动复原现象。D判断细胞是否发生质壁分离及复原的规律(1)从细胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。(2)从溶液角度分析①在溶质可穿膜的溶液中细胞会发生先质壁分离后自动复原现象。②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡不再复原。1.植物选择性吸收的实例⇒有差异⇒机盐离子的吸收具有选择性2.选择性吸收的原因分析(1)内因——遗传因素不同生物DNA不同―→细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同②植物对同一种盐的阴阳离子的吸收存在差异(2)外因——主要影响呼吸作用土壤中O2温度→呼吸酶活性⇒细胞呼吸ATP的生成⇒主动运输影响影响(3)土壤中O2含量与无机盐吸收的关系①AB段表示在一定范围内，根吸收离子的速率随氧分压的升高而加快。②BC段表示当氧分压增大到一定值时，根吸收离子的速率不再随氧分压升高而加快，这是由于根吸收离子还与根细胞膜上载体的数量有关。在O2浓度为零时，可由无氧呼吸提供能量，因此曲线不能从原点开始。[例3]如图是番茄根细胞对K＋吸收速率和氧分压的关系曲线，下列说法错误的是()A.氧分压为15时，曲线A→B段将延伸为M2B.氧分压为0和10时，根细胞呼吸所需的酶有所不同C.A→B段，ATP是限制根细胞对K＋吸收速率的主要因素D.B点以后，通过中耕松土可进一步促进对K＋的吸收，曲线将延伸为M1[课堂笔记]选番茄根细胞吸收K＋的方式是主动运输，需要消耗细胞代谢产生的能量。氧分压由0增至10，细胞呼吸的方式由无氧呼吸变为两种呼吸方式兼有再变为有氧呼吸，所需要的酶是不完全相同的。曲线在氧分压较低时随着氧分压增大反而下降，是因为无氧呼吸速率减弱而有氧呼吸不强。A→B段对K＋的吸收速率总体上的趋势是上升，ATP是限制吸收速率的主要因素。B点以后，中耕松土虽然提高了氧分压，但由于载体蛋白数量的限制，K＋的吸收速率并不能继续提高，曲线将延伸为M2。D回顾考情从近几年新课标地区生物试题看，考查点主要集中在以下两个方面：1.生物膜选择透过性的实验验证分析及应用。如2009年广东卷第31题，以实验和识图形式考查细胞膜的通透性，2008年江苏卷第33题以实验题形式探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。2.植物细胞质壁分离及其复原实验。如2009年江苏卷第30题以实验分析题形式考查质壁分离。2009年山东卷以简答题形式考查了无机盐与无土栽培的内容。瞻望考向在2011年的高考中，结合农业生产中合理施肥、无土栽培、盐碱地改良及无机盐离子的吸收等内容进行考查将是高考命题的热点。命题设计将发芽率相同的甲、乙两种植物的种子，分别种在含有不同浓度(质量分数)钠盐的全营养液中，并用珍珠砂通气、吸水和固定种子。种子萌发一段时间后，测定幼苗平均重量，结果如下图。()请据图回答问题：(1)甲、乙两种植物相比，更适宜在盐碱地种植的是。(2)导致甲种植物的种子不能萌发的最低钠盐浓度为%。(3)在钠盐浓度为0.2%的全营养液中，甲、乙两种植物根尖细胞吸收矿质元素的方式均为。(4)将钠盐浓度为0.1%的全营养液中的甲种植物幼苗，移栽到钠盐浓度为0.8%的全营养液中，其根尖成熟区表皮细胞逐渐表现出质壁分离现象，原因是。(5)取若干生长状况相同并能够进行光合作用的乙种植物的幼苗，平均分成A、B两组。A组移栽到钠盐浓度为0.8%的全营养液中，B组移栽到钠盐浓度为1.0%的全营养液中，在相同条件下，给予适宜的光照。培养一段时间后，A组幼苗长势将B组。从物质转化角度分析，其原因是。【解题指导】由题意知，甲、乙两种植物的种子在不同浓度的钠盐溶液中萌发及生长情况不同，说明甲、乙两种植物细胞的细胞液浓度不同，其渗透吸水能力不同。(1)从曲线中可知，乙种植物幼苗在较高浓度的钠盐溶液中仍能正常生长，由此可知乙种植物的渗透吸水能力较甲种植物高，更适宜在盐碱地种植；(2)在钠盐浓度为0.8%时，甲种植物幼苗平均重量为零，说明甲种植物种子在该浓度的钠盐溶液中不能萌发；(3)在钠盐浓度为0.2%的全营养液中，甲、乙两种植物幼苗都能正常生长，其吸收矿质元素的方式为主动运输；(4)出现质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水；(5)从曲线中可知，在钠盐浓度为0.8%中生长的乙种植物幼苗平均重量大于在钠盐浓度为1.0%中生长的幼苗平均重量。从物质转化角度分析，植物体生长是同化作用大于异化作用的结果。【答案】(1)乙种植物(2)0.8(3)主动运输(4)细胞外溶液浓度高于细胞液的浓度，细胞通过渗透作用失水(5)好于A组植物光合作用合成有机物的量与细胞呼吸消耗有机物的量的差值大于B组的差值观察植物细胞的质壁分离和复原理论指导1．实验原理一个处于外界溶液中的成熟植物细胞和外界溶液构成一个渗透系统。因为成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，与外界溶液能够产生浓度差，所以成熟的植物细胞能与外界溶液发生渗透作用。2.实验操作流程3.质壁分离实验的拓展应用及方法(1)判断细胞的死活待测细胞＋蔗糖溶液发生质壁分离和复原→不发生质壁分离(2)测定细胞液浓度范围待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液刚刚发生质壁分离时所需时间的比较―→判断细胞液浓度(即时间越短，细胞液浓度越小)。(4)比较一系列溶液的浓度的大小同一植物的相同成熟细胞＋未知浓度的溶液记录刚刚发生质壁分离所需时间―→比较所用时间长短―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)成熟相同植物细胞＋不同种类溶液只发生质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖)质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液(如KNO3)命题设计(2009·江苏高考)按下面步骤进行质壁分离实验。步骤一：在洁净的载玻片中央加一滴清水，取一片藓类小叶